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兰州交通大学课程设计

兰州交通大学

课程设计

中文题目：

基于CWDM的城域网设计方案

英文题目：

MetropolitanAreaNetworkDesignSchemeBasedonCWDM

课程：

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指导教师:

二零一四年七月

摘要

粗波分复用系统（CWDM）能有效节省光纤资源和组网成本，它解决了光纤短缺和多业务透明传输两个问题，主要应用在城域网汇聚和接入层，且可在短时间内建设网络及开展业务。

CWDM具有低成本、低功耗、小体积等诸多优点，目前在城域网传输中已经有大量应用。

运用于G.652、G.653、G.655光纤的EXP系列CWDM设备，给各大运营商和系统集成商提供了一套低价格、高性能的传输解决方案，是日益增长的城域网组网的理想选择。

CWDM系统组网方式灵活多样，可以组成点对点、星形、链形、环形等各种拓扑结构，对于竞争区域的运营商有着比较大的吸引力。

目前CWDM在行业市场上已经得到了愈来愈多的应用。

关键词：

CWDM系统；城域网；组网

Abstract

CoarseWavelengthDivisionMultiplexingsystem（CWDM）cansavethecostoffiberresourcesandnetworking,itaddressestheshortageoffiberandmulti-servicetransparenttransmissionoftwoissues,mainlyusedinmetroaggregationandaccesslayer,andinshorttimenetworkandconductbusinesswithinthebuilding.CWDMlowcost,lowpowerconsumption,smallsizeandmanyotheradvantages,thecurrenttransmissioninthemetropolitanareahasalargenumberofapplications.Shenzhen,HongYangShunTechnologyCo,Ltd.Branchofmarketrequirements,developappliedG.652,G.653,G.655fiberEXPseriesCWDMequipment,tothemajoroperatorsandsystemintegratorstoprovidealowprice,high-performancetransmissionsolutions,isgrowingidealformetropolitanareanetworks.

CWDMsystem,flexiblenetworkingmode,youcanformpointtopoint,star,chain,ringtopology,etc,fortheregionalcompetitionwithlargeroperatorsintheappeal.CWDMintheindustrycurrentlyonthemarkethasbeenmoreandmoreapplications.

Keywords:

CWDMsystem;MetropolitanAreaNetworks;Networking

目录

1.绪言1

2.CWDM技术特点与在城域网中的应用2

2.1CWDM技术特点2

2.2　CWDM在城域网中的应用3

3.设计方案4

3.1案例说明4

3.2方案简单说明4

3.2.1典型的点对点传输方案4

3.2.2某视频传输网扩容应用5

4.需求分析6

4.1方案图6

4.2方案说明7

5.CWDM在某研究所实验网中的应用8

5.1　项目需求9

5.2需求分析10

总结13

参考文献14

1.绪言

近年来，随着高校扩招，很多学校校区的教学楼、学生宿舍已经不能满足学生日益增多的要求。

为顺应高等教育发展潮流，扩大办学规模、增强学校整体实力，各高校都在建立新校区。

然而主校区一般都位于经济繁华区，如果扩建主校区，其成本是无法估算的，且受周边诸多因素的影响，也不现实。

这样，绝大部分高校都将新校区建在离主校区几十公里的郊区。

新校区建好了，可教学资源的分配问题又摆在了面前。

新校区，学校教学和学生生活上网都需要很大的带宽资源。

如果在新校区组建新的网络，成本无疑很大，且在教学需求上新老校区还需要诸多的业务联系。

如果在新校区组建新的网络，成本无疑很大。

而老校区有着强大的网络资源，如何利用？

新老校区之间的光纤一般都是学校租用运营商的，然而租裸纤每年的费用特别高，怎样才能租用很少的光纤而满足大业务量的要求？

采用CWDM技术无疑是最佳的解决方案。

城域网（Metro）原是与局域网和广域网相对应的计算机网络的概念，指城域范围的计算机网络。

数据通信和电信技术的发展赋予城域网新的内涵，将城域网的概念延伸到整个通信网络，泛指运营商在城市及其郊区范围内提供多种业务的所有网络。

它以宽带光传输为开放平台。

各类网关实现话音、数据、图像、多媒体、IP接入合各种增值业务及智能业务，并与各运营商的长途网和公用电话交换网（PSTN）互通的本地宽带综合业务网。

城域网与广域网的主要区别在于城域网的业务范围不仅有话音，还有数据和图像，是全业务网络。

城域网需要支持各种客户层信号，而且要能很快地提供客户层信号所需的带宽。

局域网的地域限制使各行各业形成了一个个信息孤岛，广域网的带宽限制又使信息高速公路上的宽带应用大打折扣，核心问题可归结为带宽与距离的矛盾。

而城域网则是解决带宽和增加网络覆盖范围的很好方法，这使得城域网成为未来最具发展潜力的网络系统。

而在城域网由于传输距离短（一般100公里以内），不需要使用放大器，增加一根光纤成本也不高，如果简单采用和广域网一样的DWDM设备，无疑将得不偿失。

解决的方法是采用粗波分复用（CoarseWDM，CWDM）技术。

2.CWDM技术特点与在城域网中的应用

2.1CWDM技术特点

CWDM设备具有DWDM设备的大部分特点，又具有DWDM设备所不具有的成本优势，以下将逐一加以说明。

1.高带宽

CWDM继承了DWDM高带宽的特点，国际电联已经规定了G.652光纤上从1270nm开始的18个波长栅格，并倾向于规定8通道系统采用G.652光纤的第3个低损耗窗口中从1470nm到l6l0nm的8个波长，其中每个通道最高速率等级为STM-16或STM-16+FEC，以后还可以发展到16通道以及单通道速率为10Gbit/s的系统。

2.低成本

CWDM采用较DWDM宽得多的波长问隔，降低了对光器件的要求：

可以采用非制冷的发送激光器，使用价格低的光复、解复用器和光分插复用等无源器件。

相对SDH设备，由于CWDM设备可以在同一对光纤上承载8个波长，在提高可用带宽的同时，又节约了宝贵的光纤资源。

3.灵活配置

由于采用非制冷的发送激光器，CWDM可以使用热插拔的小封装光收发一体模块SFP，增加了系统硬件配置的灵活性，也方便了对CWDM设备的工程安装和维护，当CWDM设备某个波长的发送接收出现故障时，在不断电的情况下插拔一个光模块就可以了。

另外，采用可热插拔模块5FP可以减少运营商对光接口单元的备份数量。

通常情况，光接口单元就是一个单板，如DWDM设备中的OTU，对0TU进行备份时，每个波长需要至少备份一个单板，当然也可以采用可调波长的0TU，但是由于波长可调节的范围较小，而且价格比同定波长的盯OTU贵得多，所以成本较高；如果采用可热插拔的SFP光模块，则光接口单7元分为两大部分：

母板和SFP，母板完成了除光收发部分以外的所有光接口单元功能，此时只需要备份少量的母板以及一系列波长的SFP就可以完成对所有波长的光接口单元的备份了。

4.多业务透明

由于城域网存在复杂多样的业务，CWDM设备对于多业务的接入能力就显得尤其重要。

CWDM可以透明接入J00Mbit/s-2.67Gbit/s的客户信号，其中包含以太网FE/GE、视频HDTV、存储网ESC0N/FiberChannel以及传统的SDH/SONET的STM-1/4/16和0C3/12/24/48等多种业务．也可以把这些子速率的组合汇聚到一个波长上进行传输，节约带宽；当接入速率超过所设定的速率将限时，可以自动进行限制，这样方便运营商对所接入业务实现按带宽收费。

5.强大的保护能力

CWDM设备可以像DWDM那样，具有光复用段层保护和光通道层l+l保护功能，提高了系统的可靠性。

光复用段保护可以用来避免由于光缆断裂等原因引起的线路故障，光通道保护可以用来避免由于某一光通道不正常工作带来的故障，其恢复时间应小于50ms。

6.存存的缺点

当然，CWDM也并非十全十美，由于CWDM设备覆盖的光带宽太大，限制了KDFA的使用，目前还没有合适的光放大技术．所以CWDM不能支持太长的传输距离，一般为40-80km。

2.2　CWDM在城域网中的应用

随着数据、语音、视频等各种通信业务在城域中的飞速发展，城域网已经成为当前网络建设的热点，由于城市地理面积小、人口集中等客观存在的因素，使得城域网络具有传输距离短、带宽要求高、业务种类复杂多样等特点。

城域网节点之间的距离一般比较短，“四川省会城市成都为例，其刚修建的三环路总长大致为50h（假设为圆型），则该城市两个网络节点之间的距离大致为16km，CWDM设备能支持的40—80km完全可以满足城域网的要求，这使得CWDM不能使用光放大器的缺点不会限制其在城域网中的应用。

CWDM完全可必满足城域网的高带宽需求，一对光纤上单波速率为2．5Gbit/s的8波系统，其总带宽为20Gbit/s，是10Gbit/sSDH系统带宽的2倍，使用CWDM时分配在相同带宽内的成本要比使用SDH便宜得多；同时CWDM设备又比相同带宽的DWDM设备经济，所以从成本上考虑CWDM无疑是缓解城域网日益增长的带宽需求的理想选择。

CWDM漫备具自多业务信号的透明接入能力以及对多个低速率信号的汇聚能力，可以对城域嘲中包括语音、数据、视频等多种业务进行传送CWDM系统既可以用于中小城市的城域核心层，又可用于大城市的城域接入层。

3.设计方案

3.1案例说明

下图为我校CWDM系统应用的案例，其老校区网络中心为省网的节点，资源充足；新老校区距离40km，租用当地运营商一对光纤。

客户要求在一对光纤上扩容出6路双向数据业务，每路速率2.5G。

其原理如图3-1所示。

图3-1CWDM系统应用

3.2方案简单说明

3.2.1典型的点对点传输方案

1.CWDM波分复用设备满业务可以做到1：

8的扩容，即使用一芯光纤可以承载4路8波双向业务，两芯光纤可承载8路16波双向业务。

2.每一路最高速率可以达到2.5G，向下兼容至100M。

3.CWDM设备无中继传输最远可达100km。

4.此方案没有采用传统的单纤单向传输方式，将6路业务分开两组进行单纤双向传输，若一条光纤出现故障，不会影响到另外一条光纤的业务。

3.2.2某视频传输网扩容应用

客户需求：

1.A、B、C、D、E、F、G各节点需要两路视双向视频信号往中心节点A汇聚。

2.每路信号要求速率达到2.5G。

3.各节点之间提供双芯光纤。

如图3-2所示：

图3-2双芯光纤

4.需求分析

4.1方案图

图A点为中心节点机房，与BDFG各节点机房构成星形拓扑；由于A-C、A-E节点没有直接光纤链接，需分别经过B、D两点路由至A，以减少传输级联次数，A-B-C、A-D-E构成链形拓扑，采用OADM技术。

方案图如4-1所示。

图4-1CWDM传输方案

红外线检测信号的输入决定门开启的宽度，由PLC控制电机来实现开关门，还可以根据电机电源的变化情况，通过A/D转换把数字信号送入PLC中，这样来达到防挤压的目的。

为了避免不必要的误操作，我们在导轨两端各安置了一个开关，当门关闭或开启时，门扇上面的隔离锁将会带动开关将门锁闭，防止发生意外。

4.2方案说明

表示干线单芯光纤，表示一对光纤业务；此方案在F、G两点分别只用一芯光纤，可为客户留出一芯用作备份或者扩容；此方案把B、C两点和D、E两点分别用一芯光纤传输，这样只需在B、D两点采用OADM技术，从而可以有效降低因OADM级联层数多所造成的干线光信号损耗；另外，为客户留出一芯光纤作备份或者扩容；全部使用单芯双向技术，将业务隔离开，若一条光纤出现故障，不会影响到另外一条光纤业务；此方案在B、C、D、E、F、G各点提供两路双向光业务，全部往A点汇聚。

5.CWDM在某研究所实验网中的应用

我国的大部分城市，包括东部发达地区的一部分城市和西部不发达地区的大部分城市，数据业务的需求不高，应用DWDM不能体现良好的性价比。

此时，用低成本的CWDM技术对城域网进行组织就显得十分必要。

CWDM系统由于和DWDM系统一样，具有多种业务接口，因此具有很广泛的适应性。

在不发达地区，可以直接应用CWDM技术进行城域核心层和城域汇聚层组网;在比较发达地区，数据业务发展比较好、光纤资源不太紧张的城市，CWDM技术可以和路由器结合组织汇聚层网络，也可以和以太网结合组织城域接入层网络。

CWDM技术充分适应了城域传输网传输距离短的特点，而且不受EDFA放大波段的限制，可以在1310nm-1560nm的整个光纤传输窗口上，以比DWDM系统宽得多的波长间隔进行波分复用。

由于波长间隔宽、传输距离短，CWDM无须选择价格昂贵的高波长稳定度和高色散容限的激光器，这至少可以从三个方面大幅度降低激光器成本：

1.由于使用无致冷激光器，使激光器制造和封装成本降低。

2.对波长误差的放宽也便于生产更廉价的激光器。

3.CWDM用的激光器可以使用和DVD激光器一样的生产和封装技术，成本低，工艺成熟简单，而今天DVD激光器正在大批量生产，这可进一步降低CWDM激光器的生产成本。

此外，CWDM无须选择成本昂贵的密集波分复用器和解复用器，只需选择廉价的粗波分复用器和解复用器；无须采用比较复杂的控制技术以维护较高的系统要求；无须采用EDFA，只须采用便宜得多的多通道激光收/发器作为中继。

由于器件成本和系统要求的降低，使得CWDM系统的造价比DWDM系统大幅下降。

CWDM传输系统和高性能路由交换机连接起来就可以构成宽带IP城域网，也可以把CWDM传输设备直接与路由交换机相连，由路由交换机直接驱动光传输设备。

路由交换机对各波长和数据流都可以进行分插。

CWDM技术是应宽带IP城域网到需求而发展起来的，将CWDM传输系统和高性能路由交换机连接起来就构成宽带IP城域网。

另外一个趋势是将CWDM光传输设备和路由交换机结合在一起，这就可以由路由交换机端口直接驱动光传输设备。

最简单情况，一根光纤只传输一路数据时，在裸光纤上直接运行吉位以太网（GE）。

如果需要传输多路数据可采用CWDM系统，根据需要逐步增加波长通道。

宽带IP城域网采用IPOverCWDM系统和NXGBE帧格式。

传输采用CWDM系统，路由器采用N×GBE端口较SDH端口要便宜得多。

因此，IPoverCWDM系统的成本比IPoverDWDM要低得多。

这种系统的另外一个好处是由于采用自适应速率对光缆的性能要求不高，一些由于性能下降原来已经不能使用的旧光缆也有了使用价值。

由于采用以太网帧格式，任何有局域网使用经验的人都可以租借，购买光缆来构成自己的城域网甚至广域网。

IPoverCWDM宽带IP城域骨干网与100/1000Mb/s以太网接入网可以无缝连接，中间不需要格式转换，可以便宜高效率地实现100/1000Mb/s接入速率的宽带IP城市域网。

该实验网有八个节点，由一芯光纤串联成环网。

5.1　项目需求

每个节点提供3个双向光业务。

每个业务速率2.5G。

要求使用最少数量CWDM波长传输。

提供节点掉电业务保护方案，以备以后升级。

提供环网光纤保护方案，以备以后升级。

项目路由逻辑图如图5-1所示。

图5-1路由逻辑图

5.2需求分析

由逻辑图看，每个节点业务分布均匀，路由逻辑性强；由于是环网，此项目在每个节点需要采用OADM技术；传输路由规划：

考虑最短跨点路由，可以有效减少传输光在节点处的损耗。

1－4：

1－2－3－4

0－5：

0－7－6－5

2－7：

2－1－0－7

3－6：

3－4－5－6；

波长分配：

相邻点间采用点对点方式，使用两个波长，中间有四个跨节点路由，使用链状传输方式，由于不相交，可以使用公用四个波长，所以总使用波长为6波；节点掉电业务保护方案：

每个节点在无源输入输出端并用一只2×2非锁定式光开关，保护原理如图5-2所示。

图5-2保护原理图

采用此保护方案，若传输设备掉电，图中开关1－2闭合，切断此节点与网络的连接，保护正在传输的业务，且路由清晰；环网光纤保护方案：

在客户提供多一芯环网光纤的情况下，可以实施此方案；

在每个节点进出两端接入我公司OPS－1－1光路保护自动切换仪，当主路由光纤发生故障时，能自动监测识别，将传输业务整体切换到备用光纤，切换时间小于15ms，完全不影响业务的传输。

切换原理如图5-3所示。

图5-3切换原理图

根据分析，组建方案如图5-4所示。

图5-4组建方案

方案说明：

此方案采用CWDM和OADM技术，实现在一条环状光纤上八个节点之间多业务传输；此方案逻辑性强，每个节点均可实现三通道双向路由，每通道速率2.5G；此方案在每个节点均采用OADM技术，且优化了路由；图中每一个颜色连线代表一个波长的物理连接，共使用6个波长；CWDM（OADM）也可与RPR、SDH环网结合，既可以实现现有的网络容量倍增，又能利用RPR、SDH设备的自愈、保护倒换和调度灵活的特点，从而构成高效率、高可靠性和大容量的信息高速公路。

总结

采用可重构架构的CWDM系统组网，在节约光纤资源的基础上，组网方式可以更加灵活。

我衷心的感谢我的论文指导老师，是他们给予我帮助和鼓励，本论文是在他们的精心指导下完成的，祝你们工作顺利，身体健康!

在这次课程设计中我也学习到了很多学习上的方法，受益匪浅。

1．学会了怎样在网上跟好的选择参考资料，怎样把他们与所学的知识连接起来。

2．怎样在设计中优化版面，熟练地利用所学过的软件和知识，把许多不会的东西都了解了。

3．在本次设计中遇到了许多困难，我和同学们学习交流，互相进步，都有了许多进步，增进了团队交流合作能力。

4．在做一件事的时候，一定要坚持，往往最后才是最难得地方，所以一定不能大意。

在完成毕业论文的过程中，参考了一些著名学者的相关著作，论文吸取了许多有益的成果，这些都在参考书目中得到列出，向这些作者致以衷心的感谢!

参考文献

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